17 марта 2025 ИХ "Финам" Поздеева Екатерина
За последние несколько месяцев Amazon, Google и Microsoft анонсировали собственные чипы для квантовых вычислений. В рамках ежегодной конференции разработчиков GTC, которая состоится 20 марта, Nvidia готовится провести первый День квантовых вычислений. У IBM, Intel и множества других компаний, специализирующихся на квантовых технологиях, также есть собственные чипы.
По прогнозу, квантовые компьютеры смогут выполнять сложные вычисления за минуты и часы. У обычных компьютеров на них ушли бы тысячи лет. Что это значит с практической точки зрения? Появляется потенциал для значительного прогресса в материаловедении, химии, медицине и многом другом. Учёные и исследователи смогут выполнять вычисления, о которых на современных компьютерах можно было только мечтать.
Что такое квантовый компьютер?
Чтобы лучше понять квантовые компьютеры, давайте сначала поговорим об обычных компьютерах. В ноутбуке, смартфоне и даже смарт-часах есть процессоры, которые являются «мозгами» современной техники.
В каждом процессоре есть транзисторы. Это - маленькие переключатели внутри компьютера, которые реагируют на электрический сигнал. Производители чипов часто хвастаются тем, сколько миллиардов транзисторов в их чипах. Apple говорит о 28 млрд транзисторов в чипах M4 для Mac и iPad, а Nvidia утверждает, что в её чипах Blackwell 208 млрд транзисторов.
Центральные процессоры преобразуют приложения и программы с помощью электрических импульсов, используя двоичный код, - машинный язык, состоящий из единиц и нулей. Каждая единица и каждый ноль называются битами.
Строки битов составляют сложную последовательность инструкций, которые после обработки современными языками программирования преобразуются в видео и изображения, которые вы видите на экране, в игры, в которые вы играете, и приложения, которыми вы пользуетесь в течение рабочего дня.
Одна серия электрических импульсов может проходить через транзисторы микросхемы, создавая по пути различные комбинации единиц и нулей. Затем микросхема интерпретирует эти сигналы для доступа к памяти или хранилищу компьютера. По мере усложнения команд они могут интерпретировать всё: от движения пальца по экрану телефона до открытия страницы при нажатии на ссылку на сайте.
Эти двоичные системы используются во всех вычислительных устройствах, будь то компьютер, медицинское оборудование, автомобили или любая другая техника, для которой требуется центральный процессор.
Однако квантовые компьютеры используют субатомные объекты, известные как квантовые биты, или кубиты, а не классические биты. Это совершенно другой способ хранения и обработки данных. Вместо того чтобы существовать в виде 1 или 0, как биты, кубиты могут существовать в виде 1 и 0 или любой их комбинации одновременно благодаря суперпозиции.
Учёные не знают, является ли кубит единицей или нулём, пока не наблюдают за ним. В квантовом мире система может одновременно находиться в нескольких разных состояниях, и без проведения измерений невозможно узнать, в каком именно состоянии она находится.
Эта способность существовать в виде 1 и 0 обеспечивает так называемую параллельную обработку, которая позволяет квантовым компьютерам выполнять вычисления намного быстрее, чем обычным компьютерам.
Существует несколько способов управления кубитами: с помощью сверхпроводящих систем, которые понижают температуру вокруг кубитов почти до абсолютного нуля, с помощью лазеров, взаимодействующих с атомами, или с помощью световых частиц фотонов в условиях глубокого вакуума.
Гигантские золотые машины, похожие на осьминогов, которые часто называют квантовыми компьютерами, по сути являются системами охлаждения, работающими со сверхпроводящими кубитами, чтобы обеспечить их достаточную холодность для правильной работы.
Более того, квантовые компьютеры не существуют сами по себе. Они подключаются к обычным компьютерам, которые управляют взаимодействием квантовой системы с кубитом и считывают результаты её работы.
Квантовые ошибки
Итак, квантовые компьютеры могут использовать суперпозицию кубитов для обработки вычислений с высокой скоростью по сравнению с обычными компьютерами. Тогда почему мы до сих пор не используем их для решения самых сложных задач в мире? Из-за квантовых ошибок.
Дело в том, что из-за маленького размера кубиты очень чувствительны к помехам из внешнего мира. Это означает, что даже один атом может сбить кубиты с толку, заставив их потерять информацию.
По словам ученых, в квантовых системах может возникать ошибка каждые 300 квантовых операций. Однако для того, чтобы квантовый компьютер был полезен, ошибка может возникать только раз в триллион операций. Это существенная разница.
Компании используют квантовую коррекцию ошибок для решения проблемы. Microsoft, Google и Amazon уделили ей особое внимание в последних чипах. Идея квантовой коррекции ошибок заключается в использовании избыточных кубитов.
Однако квантовая коррекция ошибок требует огромного количества ресурсов. Исследователи работают над решением этой проблемы. До тех пор квантовые компьютеры остаются недостаточно надёжными для использования в химических расчётах, для открытия новых соединений или для понимания взаимодействия атомов.
Нужны ли квантовые компьютеры для всего?
Хотя квантовые компьютеры необходимы для запуска определённых алгоритмов и решения сложных задач, они не заменят классические суперкомпьютеры даже после того, как исследователи смогут решить проблему квантовых ошибок.
Они не предназначены для таких повседневных задач, как более быстрый запуск приложений на смартфонах или ПК. Для этого нужны обычные компьютеры.
Другими словами, не ждите, что придёте домой, включите персональный квантовый компьютер и начнёте смотреть Netflix. С этим прекрасно справится ваш обычный компьютер.
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией | При копировании ссылка обязательна | Нашли ошибку - выделить и нажать Ctrl+Enter | Жалоба